JP2020008167A

JP2020008167A - 多目的粘性ダンパ

Info

Publication number: JP2020008167A
Application number: JP2019079658A
Authority: JP
Inventors: ヘジャジファルザド; Hejazi Farzad; サレハビンジャーファーモド; Saleh Bin Jaafar Mohd; モハマディメディ; Mohammadi Mehdi
Original assignee: Universiti Putra Malaysia (UPM)
Current assignee: Universiti Putra Malaysia (UPM)
Priority date: 2018-04-18
Filing date: 2019-04-18
Publication date: 2020-01-16
Also published as: US10858791B2; US20190323183A1; CA3040730A1

Abstract

【課題】橋のスパンの落橋を防止するために、激しい振動の間に高い減衰を有する粘性ダンパを提供する。【解決手段】外側シリンダ（１０１）と、コアロッド（１０２）と、コアピストン（１０３）と、バイパス管（１０４）であって、バイパス管（１０４）が外側シリンダ（１０１）の両端に隣接して接続され、バイパスパイプ上に配置されたオリフィスコントローラ（１０５）とを備え、コアロッド（１０２）の２つの端部の内側に配置された一対の内側シリンダ（１０６）と、各内側シリンダ（１０６）内に配置された内側ピストン（１０７）と、各内側シリンダ（１０６）の両端に位置する固定シール（１０８）と、内側ピストン（１０７）の移動中に流体が内側シリンダ（１０６）から外側シリンダ（１０１）へ流れることを許容するために、内側シリンダ（１０６）の両端に位置するオリフィス（１０９）を備える。【選択図】図１

Description

本発明はダンパ、より詳細には、振動を消散させ、激しい振動および壊滅的な地動の間の落橋および過度の構造的運動を防止するための多目的粘性ダンパに関する。

地震は地殻プレート同士が嵌まり込んで動かなくなり地面にひずみが加わることで起こる。ひずみが非常に大きくなるので、岩石は断層面に沿って割れたり滑ったりすることで崩壊する。地震は社会的、経済的または環境的影響のような複数の影響をもたらし、その影響は定住地を破壊し、地域に損害を与える可能性がある。そのため、地震による伸縮継手の過度の運動による橋の地震脆弱性が注目されている。提供されたけた座面幅が不適切である場合、この運動は壊滅的な落橋損傷の原因となり得る。さらに、伸縮継手に通常設けられている間隙の大きさが限られているため、強い地震の際の地震時衝突は避けられない。過度の相対変位によって引き起こされる損傷を軽減することができるように、継手の動きを制限するため、または継手の動きに適応するために、様々な種類の落橋防止装置、ダンパおよび他の装置が提案されてきた。従って、地震の揺れの間に橋梁構造に生じる相対変位による損傷を軽減するための適切な装置が必要とされている。

中国特許出願第１０５５２５６９７号は、調整のために積層圧電アクチュエータを採用したスマートバイパス型粘性ダンパを開示している。このスマートバイパス型粘性ダンパは、主シリンダと補助シリンダとを備えたシリンダバレルと、シリンダバレル内に配置されたピストンと、ピストンを動かすように押すガイドロッドとを備える。ガイドロッドはピストンに固定的に接続されており、シリンダバレルは粘性流体減衰材料で充填されている。バイパス管路がシリンダバレル上に配置され、バイパス管路の２つの端部ポートが両方とも主シリンダと連通しており、連通位置がそれぞれピストンの両側にある。バイパス管路に調整部が設けられ、調整部に積層型圧電アクチュエータが装着され、調整部が積層型圧電アクチュエータの駆動によりバイパス管路の循環管径を調整する。スマートバイパス型粘性ダンパを採用することで、タイムラグ効果を低減し、力出力を向上させることができ、これは地震時の土木の耐震制御の要件を満たしている。スマートバイパス型粘性ダンパは、中程度の地震や大きな地震などの地震動の強いランダム性に好適である。応答速度は、地動に完全に追いついて力出力を増加させることができる。しかし、速度に基づいて機能するスマートバイパス型粘性ダンパは、地盤の運動中または動的荷重が加わっている間に橋梁の支間（スパン）が外れてしまうことがある。

米国特許出願第２０１７０１００９７８Ａ１号明細書は、シリンダと、ピストンを含むピストンアセンブリと、シリンダ内に配置される作動流体と、シリンダを囲み、円筒形バイパスチャネルを画定するバイパスシリンダと、シリンダの内部と円筒形バイパスチャネルとを流体的に連結する、調整可能なバイパスポートと、円筒形バイパスチャネル内にスライド可能に配置された、遠隔操作可能なバイパス弁であって、遠隔操作可能なバイパス弁に結合されたアクチュエータの作動時に、調整可能なバイパスポートを通る作動流体の流れを調整するように構成されている、遠隔操作可能なバイパス弁と、含む車両サスペンションダンパを開示している。しかし、この車両サスペンションダンパは、激しい振動または壊滅的な振動に耐えることができない可能性がある。

米国特許出願第２０１００１７０７６０Ａ１号明細書は、ピストンとピストンロッドとを備える圧力シリンダを備える車両用バイパス付きダンパアセンブリを開示しており、ピストンロッドは減衰流体がピストンの第１側から第２側へ通過するときの流量を制限する。バイパスは、流速制限とは別に、ピストンの第１側と第２側との間に流体経路を提供する。一態様では、バイパスは、車両の乗員室から遠隔制御可能である。別の態様では、バイパスは、車両に関連する１つまたは複数の可変パラメータに基づいて遠隔制御可能である。しかし、このダンパは激しい振動または壊滅的な振動に耐えることができない可能性がある。

従来技術のいずれも、本発明の教示におけるような特徴を提示していない。従って、先行技術においては、激しい振動または壊滅的な振動において、落橋および過度の構造的運動を防止するための粘性ダンパを提供する必要があることが理解されよう。

本発明の目的は、中規模の運動のための高い柔軟性を有し、橋の支間（スパン）と橋脚との間の衝突を防ぐために高い減衰力と停止力を生成する、粘性ダンパを提供することである。

また、本発明の目的は、橋のスパンの落橋を防止するために、激しい振動の間に高い減衰を有する粘性ダンパを提供することである。

本発明のさらに他の目的は、許容可能な運動を超えた変位に対して構造を保護するための粘性ダンパを提供することである。

これらの目的は本発明の教示に従うことによって達成することができる。本発明は、多目的粘性ダンパに関し、外側シリンダと、外側シリンダ内に配置されたコアロッドと、中央に配置され、コアロッドを囲むコアピストンと、外側シリンダに沿って延びる複数のバイパス管であって、各バイパス管が外側シリンダの両端に隣接して外側シリンダに接続されている、複数のバイパス管と、低度から中程度の振動の間に調整可能な初期減衰を提供するためにバイパス管上に配置されたオリフィスコントローラと、を備え、コアロッドの２つの端部の内側に配置された一対の内側シリンダと、各内側シリンダ内に配置された内側ピストンと、各内側シリンダの両端に位置する固定シールと、内側ピストンの移動中に流体が内側シリンダから外側シリンダへ流れることを許容するために、内側シリンダの両端に位置するオリフィスと、備えることを特徴とする。

本発明の特徴は、本発明の好ましい実施形態の添付の図面と併せて読まれるとき、以下の詳細な説明からより容易に理解され認識されるであろう。

多目的粘性ダンパを示す図である。図１の多目的粘性ダンパの側面図である。図１の多目的粘性ダンパの分解図である。１０００サイクルの変位を伴う力のグラフである。過度の変位を伴う力のグラフである。

必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が明細書に開示されているが、開示された実施形態は本発明の単なる例示であり、様々な形態で具体化されてもよいことが理解されるべきである。従って、本明細書に開示された特定の構造および機能の詳細は、限定として解釈されるべきではなく、単に請求項の基礎として解釈されるべきである。図面およびそれに対する詳細な説明は、開示された特定の形態に本発明を限定することを意図しておらず、逆に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲内にあるすべての変形、均等物および代替物を網羅するものである。本出願を通して使用されているように、「可能性がある（ｍａｙ）」という言葉は、強制的な意味（すなわち、必須という意味）ではなく、許容的な意味（つまり、可能性を有するという意味）で使用される。同様に、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、含むがそれに限定されないことを意味する。さらに、特に言及しない限り、単語「ａ」または「ａｎ」は「少なくとも１つ」を意味し、単語「複数（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」は１つまたは複数を意味する。略語または技術用語が使用される場合、これらは技術分野で知られているような一般的に受け入れられている意味を示す。次に、本発明を図１から図５を参照して説明する。

本発明は、
外側シリンダ（１０１）と、
外側シリンダ（１０１）内に配置されているコアロッド（１０２）と、
中央に配置され、コアロッド（１０２）を囲むコアピストン（１０３）と、
外側シリンダ（１０１）に沿って延びる複数のバイパス管（１０４）であって、各バイパス管（１０４）が、外側シリンダ（１０１）の２つの端部に隣接して外側シリンダ（１０１）に接続される、複数のバイパス管（１０４）と、
低度から中程度の振動の間に調整可能な初期減衰を提供するために、複数のバイパス管（１０４）上に配置されたオリフィスコントローラ（１０５）と、
を備え、
コアロッド（１０２）の両端の内側に配置された一対の内側シリンダ（１０６）と、
各内側シリンダ（１０６）内に配置された内側ピストン（１０７）と、
各内側シリンダ（１０６）の両端に位置する固定シール（１０８）と、
内側ピストン（１０７）の移動中に内側シリンダ（１０６）から外側シリンダ（１０１）へ流体が流れることを許容するために、内側シリンダ（１０６）の両端に位置するオリフィス（１０９）と、
を備えることを特徴とする、多目的粘性ダンパ（１００）である。

本発明の好ましい実施形態では、複数のバイパス管（１０４）は２つ以上の管であってよい。複数のバイパス管（１０４）には、振動によって引き起こされるコアピストン（１０３）の移動の間、粘性流体が流れることができる。

本発明によれば、一対の内側シリンダ（１０６）は外側シリンダ（１０１）の内側のコアロッド（１０２）の両端に位置し、内側シリンダ（１０６）は振動によって移動可能であり、外側シリンダ（１０１）の端部にある固定シール（１０８）によって停止可能である。コアピストン（１０３）が移動する間に外側シリンダ（１０１）内で流体の流れを可能にするために、内側シリンダ（１０６）と外側シリンダ（１０１）との間に間隙がある。

好ましい実施形態では、過度の変位を防ぐために激しい振動の間に二次的な強い減衰を行うため、内側ピストン（１０７）の両端にある２つのオリフィス（１０９）によって、内側ピストン（１０７）が移動する間、内側シリンダ（１０６）内の流体が外側シリンダ（１０１）に流れることを可能とする。

好ましい実施形態では、低度及び中程度の振動が、コアピストン（１０３）の運動と、バイパス管（１０４）を通る粘性流体の流れとを引き起こし、オリフィスコントローラ（１０５）は流体の速度を遅くし、圧力降下を高めて、振動を減衰させ運動を消散させるようにする。一方で、この粘性ダンパ（１００）は、動的荷重の一部を消散させて橋梁スパンが伸縮のために自由に運動するために、橋梁または構造が許容変位範囲内で振動するのに十分な柔軟性を提供する。

好ましい実施形態では、激しい振動によってスパンが橋脚に向かって移動し、外側シリンダ（１０１）内でコアロッド（１０２）が移動する。内側シリンダ（１０６）は、コアロッド（１０２）の移動による圧力を受け、それによって内側ピストン（１０７）が動き始め、粘性流体を押してオリフィス（１０９）を通って流れるようにする。粘性流体が高速で流れることで、大きな降下圧力と粘性減衰力とを生じさせることができる。次いでら、この流れ圧力は、バイパス管（１０４）とオリフィスコントローラ（１０５）が流れを制御し、落橋を防ぐための大きな減衰を生み出すことができる程度となる。これらのプロセスは、それが最高の圧力能力で運動を制御するまで連続的に行われる。

好ましい実施形態では、壊滅的な振動がスパン移動を引き起こし、落橋または構造の過度の移動を引き起こし、それによってコアピストン（１０３）が外側シリンダ（１０１）の端部まで移動する。内側シリンダ（１０６）は外側シリンダ（１０１）の端部によって停止され、内側ピストン（１０７）の動きはオリフィス（１０９）を通る粘性流体の流れを生じさせ、それは高い減衰力と抵抗力を生じさせ、橋梁スパンの落橋または構造の過度の変位を防止する。

好ましい実施形態では、粘性ダンパ（１００）は橋梁だけに使用されることに限定されず、構造、車両、機械などに使用することができる。

以下は、落橋を防止するための粘性ダンパ（１００）の例であり、これにより本発明の利点をより容易に理解することができる。以下の実施例は例示目的のみのためであり、決して本発明を限定するものと解釈されるべきではないことが理解されるべきである。

実施例

落橋を防ぐための粘性ダンパ（１００）が開発され、図１〜３に示されている。図１〜３を参照すると、粘性ダンパ（１００）は、コアロッド（１０２）上に取り付けられたコアピストン（１０３）を有する外側シリンダ（１０１）と、内側ピストン（１０７）と固定シールと（１０８）を有する２つの内側シリンダ（１０６）と、バイパス管（１０４）と、オリフィス（１０９）と、オリフィスコントローラ（１０５）とを備える。

図４は、１０００サイクルの間で許容変位が±２０ｍｍである最大１００ｋＮまでの力を示している。図４を参照すると、１００ｋＮまでの最大力に対する変位は±２０ｍｍ以内である。また、図５は、抵抗力を最大２００ｋＮまで増加させることによって、２０ｍｍを超える過度の運動の間の装置の機能を示す。最大耐荷重は外側シリンダ（１０１）の設計に基づいており、どのような力に対しても調整可能である。この粘性ダンパ（１００）は、はるかに高い範囲の力および圧力容量に対して設計することができる。

添付の図面にも示されている特定の実施形態を参照して本発明を説明されてきたが、明細書に記載及び特許請求の範囲に定義されている本発明の範囲内で多くの変形および修正が可能であることは当業者にとって明らかであろう。本発明に係る添付の図面に使用されている参照符号の説明は以下の通りである。

１００粘性ダンパ
１０１外側シリンダ
１０２コアロッド
１０３コアピストン
１０４バイパス管
１０５オリフィスコントローラ
１０６内側シリンダ
１０７内側ピストン
１０８固定シール
１０９オリフィス

Claims

外側シリンダ（１０１）と、
外側シリンダ（１０１）内に配置されているコアロッド（１０２）と、
中央に配置され、コアロッド（１０２）を囲むコアピストン（１０３）と、
外側シリンダ（１０１）に沿って延びる複数のバイパス管（１０４）であって、各バイパス管（１０４）が、外側シリンダ（１０１）の２つの端部に隣接して外側シリンダ（１０１）に接続される、複数のバイパス管（１０４）と、
低度から中程度の振動の間に調整可能な初期減衰を提供するために、複数のバイパス管（１０４）上に配置されたオリフィスコントローラ（１０５）と、
を備え、
コアロッド（１０２）の両端の内側に配置された一対の内側シリンダ（１０６）と、
各内側シリンダ（１０６）内に配置された内側ピストン（１０７）と、
各内側シリンダ（１０６）の両端に位置する固定シール（１０８）と、
内側ピストン（１０７）の移動中に内側シリンダ（１０６）から外側シリンダ（１０１）へ流体が流れることを許容するために、内側シリンダ（１０６）の両端に位置するオリフィス（１０９）と、
を備えることを特徴とする、多目的粘性ダンパ（１００）。
前記複数のバイパス管（１０４）は、２本以上の管を含む、請求項１に記載の多目的粘性ダンパ（１０４）。